1 [. I; D6 Q4 O
: m, {, U" x$ y( P# e1 前言
本文将基于STM32F4 Discovery板,从零开始设计并实现一个USB Audio的例子。
8 A% h% {7 r' U# x& ~) J  \! d
6 E  O; Q$ Y5 s% V2 设计构思
所谓的USB AUDIO就是制作一个盒子，这个盒子可以通过USB连接到PC，PC端将其识别为Audio设备，然后在PC端播放音乐的时候，声音可以通过盒子播放出来。
( f+ r7 a' ]9 }* m2 m" P( m
2.1 从原理框图开始

; Q8 y0 v  Y' E* Z& N' E如上图所示,我们大概构思一下，为了实现USB AUDIO功能，我们使用一个MCU的USB外设连接PC端，整个流程是这样: PC端播放音乐时，代表音乐的数据流从PC端通过USB传输到MCU端，MCU端然后将其转发给一个外部Codec，最后通过Codec上连接的扬声器或耳机播放音乐。

. l; j+ e# _  X( s7 z2.2 硬件支撑
% V/ T8 w  F- B$ Q6 L这里选择ST官方的STM32F4-DISCOVERY板来实现，之所以选择这块板子，就是因为其上有USB接口和Codec，正好符合我们设计的要求。

2.2.1 USB接口
. _( y' ^# X! g4 ~( v; `如下图为USB接口部分的电路：
" }3 C" A" D: [  O- f  K/ i  t
) Y' _9 f& r6 S3 i+ ?6 s) j. m这个一个将USB作为OTG的电路设计，在本设计中，我们只是将USB作为device来使用，因此，上图我们关注下面部分就可以了。在本设计中，我们使用到全速USB，从上图可以看出D+与D-引脚分别为PA12，PA11。
" P3 O3 o. r: w, ]3 E1 E; v
2 y* P( ?9 E; Y  Y* V" `! k2.2.2 Codec部分
- U/ d2 s9 ]/ u9 N1 y如下图所示:
8 W$ _7 o6 V- V7 X, q# k' e
如上图所示，这里的Codec为具体型号为CS43L22，MCU通过I2C接口(PB9,PB6)连接Codec，作为其控制接口，使用I2S(PC7,PC10,PC12,PA4)作为数据通道，此外，MCU使用PD4这个IO管脚控制Codec的reset。CS43L22的14,15脚连接到外面的耳机插孔，也就是说，我们可以通过插入耳机线的方式来收听PC端播放的声音。
& j/ f# ~1 u- b: y
9 T- W# T/ r- G; _' P2.3 软件设计
$ x, a" d" L5 p9 g* A; L为了简化开发流程，这里使用CubeMx自动生成代码工具来生成初始化代码，首先基于Cube库架构以及USB协议栈的特点，我们得先设计一个合理的软件框架。
( z+ {$ H3 B& B$ @0 K

如上图，蓝色表示的模块为标准模块，不需要我们去修改它，将由CubeMx自动生成，而绿色部分则可能涉及到需要修改，其中BSP部分是需要自己添加的代码，其他的都是由CubeMx生成。

各个模块的工作流程如下设计:

初始化流程: 由main开始，它首先对将使用到的外设I2C，I2S初始化，这最终将调到HAL MSP底层部分实现对具体IO管脚和外设的初始化。同时main使用usb description的数据通过调用USB栈初始化接口来完成对USB接口的初始化，这一步还涉及到USB的枚举过程。
) @9 l5 d" v! r- yUSB数据传输过程：PC端软件在播放音乐后，通过USB通道向MCU传输音频数据，音频数据到达MCU时，首先触发USB中断，然后进入到HAL driver层，在回调到 usb conf模块，接着进入到usb core，usb core再转给usb audio class，最后音频数据到达usb audio interface模块，到达这里，就只剩下对音频数据进行处理了。Usb audio interface模块是一个数据接收到数据处理的一个中间对接模块。
- D( B0 O: ~" I4 gUSB音频数据处理过程: usb audio interface 模块将从USB stack底层传上来的音频数据转发给Codec组件，最终通过Codec组件连接的耳机播放出来。
从以上的音频数据流程来看，最主要的就是usbaudio interface模块，它实现了从USB audio stack到codec驱动的对接。
! V4 T) B" G0 v) m
接下来，我们来看看软件层面上的实现。
# Z" R0 \8 E, `) L. g& R# g
6 v( G- X& [! C8 u1 F$ K. K3 软件实现
6 e0 Z8 o/ ?( s: Q还是老办法，采用CubeMx这个工具来生成初始化代码，这样可以节省我们花费在基本外设上的调试初始参数时间。

! d3 D8 D* ^" @2 T! H. Y" S3.1 创建CubeMx工程
# M9 h  j& s6 e' c$ E9 E. I( k由于我们使用到的硬件平台是STM32F4Discovery板，上面搭载的MCU型号是STM32F407VGT6，我们就以此型号创建一个名为Audio_Test的工程。
; b" Z% ~+ f. o5 Q' H8 A
( ~' w& p+ I, C+ e3 K7 M) |! P5 G! rpinout:
+ J+ W  ]' D! V0 {7 k) f9 s+ D
外设有用到USB_OTG_FS(PA11,PA12device模式)，I2C1(PB6,PB9)，I2S3(PC12,PA4,PC10,PC7，半双工主模式),此外Codec的reset使用PD4管脚控制，使用外部8M HSE。其pinout如下图所示：
+ E+ K) ~& j2 W
! |3 Z2 m$ e& u; r. C
% W3 q2 o: \% z* X: M/ kClock configuration:

+ b3 j* R5 }" L+ e! ^+ S* E' j. A$ Z时钟树如上设置，主频使用168M，I2S时钟输出初始化为96M。
) {# b" x% H+ s9 j
Configuration:

/ X2 E" V- w/ N5 X  HAL层：
Usb_FS：使用默认参数。

5 ^. I/ H# ?7 h+ J( g; JI2C：100K速率，7位地址宽度，使用默认参数。
0 d4 Z0 J# R6 }
% P: @* q  ~) |8 ]) C5 VI2S：主发模式，标准16位宽，默认音频为48K，如下图：
! w8 O% Y/ \" W5 N5 a8 q
并为I2S发送添加DMA，半字位宽:
% R' r5 T: I1 A9 g! L. q, D

' ?. U* H% j7 K9 _   MiddleWares:
8 C0 l' v3 D8 |3 [$ e
  [/ ]% i% |3 U8 aUSB选择Audiodevice class,其配置参数如下：


2 G8 M+ Z! a+ u  E$ L$ O9 f2 y这里都是默认参数。

, R" {6 a$ K) e2 @在描述符参数内得为usb audio class修改两个参数：
: t# i! a, A- t$ Z6 y; ~0 w
PID得修改为0x5730(否则windows驱动会加载出错)
序列号：序列号字符串内不能包含字母，只能是数据(否则windowsaudio驱动在枚举后也不会将音频数据传输下来)。
最后修改工程设置，将堆大小设为4K，栈大小设为1K，如下图：
9 w: f$ A. z' ?3 s6 ^
8 l. c4 n& ^/ ~6 r如此就可以生成工程了，我们生成IAR工程。
' h( V( v2 M# }& l. _9 P
2 S3 z/ j8 x  O' L" m0 V& m- x3.2 生成的IAR工程介绍

: {8 I( r5 i3 C  x- P如上图所示，生成的IAR工程，主要有User,Drivers,Middleware3个目录。

User目录下为用户源码文件，用户的主要修改也将集中在此目录下，在这里，我们的主要工作是集中在usbd_audio_if.c文件，它对应着之前软件框图中的usbaudio interface模块，主要是实现USB audio协议栈与Codec的对接。其他源文件都保持不变就可以了。
Middlewares目录对应着usb audio stack模块，它由CubeMx自动生成，保持原样就可以，不需要任何修改。
Drivers目录对应着HAL层，它包含CMSIS，HAL驱动。
: H  Z  j! T5 g: ^
3.3 开发
3.3.1 初次编译测试
7 V7 F0 x& O6 u+ k5 U% Z/ {首先我们不做任何修改，先编译一下工程，发现能顺利编译通过，并烧录进STM32F4DISCOVERY板，运行后通过USB连接上电脑，发现在设备管理器中能正常识别到这个USB AUDIO设备，如下图所示：
/ {# p$ i4 O/ C! o5 }
& P3 ]7 t4 D% }7 w) D1 r4 D这说明，USB与PC端的连接是OK的，但不知道具体有没有数据。我们使用USB分析仪TOTAL PHASE USB480这个设备对USB总线进行数据监控，能够正常采集USB枚举过程和播放音乐的通信数据，如下图所示：

这表明，到目前为止，从PC端到USB端都是能正常工作的，从PC端发送过来的音频数据已经到达usb audio interface模块，目前只不过还没有对这些数据进行处理，显然，接下来的工作，我们就需要将这些音频数据通过codec驱动发送出去，最终到达外部组件CS32L22.
3 \! H% H2 A% x4 a- W& I. ]
3.3.2 添加codec驱动和audio bsp模块
我们已经知道，我们需要为audio添加BSP模块，在这里，我们将BSP归属于drivers类，因此，在drivers目录下添加BSP目录，通过之前的软件架构图我们可以知道，BSP包含Codec驱动（CS43L22）和Audio bsp模块，因此，我们在BSP目录下有添加了Codec的驱动源码cs43l22.c与bsp_audio.c,如下图所示：

其中cs43l22.c为codec cs32l22的驱动，我们可以从ST的组件驱动中找到它，并copy过来直接使用，不需要修改任何代码。而bsp_audio.c是我们自己写的，它的任务是为usbd_audio_if.c与cs43l22.c提供服务，让这两个模块胜利对接。

3.3.2.1 Codec与HAL的对接
首先我们来看Codec驱动文件cs43l22.c源文件，这个文件需要使用这个外部需要提供的接口：
7 P6 o3 v# T& T( n* x

1. [cpp] view plain copy
   - s, J+ m  V& }8 c
2. AUDIO_IO_Init()  
   9 ^1 A* Z  L7 L7 I+ Z
3. AUDIO_IO_DeInit()  
   % H& b# }* A# m" K6 o) m3 u, y
4. AUDIO_IO_Write()  
   % [6 e0 g; b" v0 ~  n
5. AUDIO_IO_Read()  

复制代码

这个都是Codec的基本控制接口，是通过I2C来控制的。都是需要用户在驱动外部来提供这些接口给到驱动，于是，我们在bsp_audio.c文件中来提供这个接口的实现：
) r+ {* F5 F% v+ K! z: k

1. [cpp] view plain copy
   8 b4 ?5 J6 E+ O$ w, L, ^8 O( F
2. //---------------------for c43l22 port--------------------------//  
   5 Q: o  w( |$ _3 l
3. static void I2Cx_Error(uint8_t Addr)  
   2 W4 k1 u$ H5 s( y7 T8 t
4. {  
   
5.   /* De-initialize the IOE comunication BUS */  
   
6.   HAL_I2C_DeInit(&hi2c1);  
   ( Y' H1 D9 Z. z% L5 W1 H
7.   
   6 S5 F+ Z- e/ Y) w5 E) A( B
8.   /* Re-Initiaize the IOE comunication BUS */  
   
9.   //I2Cx_Init();  
   
10.   //MX_I2C1_Init();  
    
11. }  
    
12. static void CODEC_Reset(void)  
    
13. {  
    
14.     HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET);  
    
15.     HAL_Delay(5);  
    " v$ A0 U! l' O9 D
16.     HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_SET);  
    ) t8 I- }* q! B- Q$ j
17.     HAL_Delay(5);  
    , J2 Y4 g  o7 R6 S% M
18. }  
    " k" w* K- u+ t. y4 l0 v
19. void AUDIO_IO_Init(void)  
    
20. {  
    
21.   //I2Cx_Init();  
    + o& z% U+ e8 C# r: I
22. }  
    
23. void AUDIO_IO_DeInit(void)  
    
24. {  
    ; e1 P% c; q3 t7 G; G
25.   
    
26. }  
    + W: l! A/ V2 F! r4 h. `- V9 B
27. /**
    6 v# y4 N8 x9 m0 z
28.   * @brief  Writes a single data.
    5 r7 d. s6 p% I
29.   * @param  Addr: I2C address
    . L7 \, o8 h, z4 l/ P7 Z2 M
30.   * @param  Reg: Reg address
    ; y9 W& U, }1 o) g0 T4 f
31.   * @param  Value: Data to be written
    - i! m% D7 u5 ~; l" e
32.   */  
    9 f/ \) W8 R, g4 o/ Z; V0 R5 M
33. static void I2Cx_Write(uint8_t Addr, uint8_t Reg, uint8_t Value)  
    
34. {  
    $ M$ t3 F. d3 m3 c( q. @+ _
35.   HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;  
    
36.   
    7 c: J/ C1 S3 b6 ^7 _! ^
37.   status = HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, Addr, (uint16_t)Reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &Value, 1, I2C_TIMEOUT);  
    
38.   
    0 c: {1 N! j8 U! F+ S) @! N
39.   /* Check the communication status */  
    ) n+ Z. x5 N# J0 w; m& P  E! p
40.   if(status != HAL_OK)  
    
41.   {  
    
42.     /* I2C error occured */  
    # _4 E4 G7 W" G3 d$ K! F% Y
43.     I2Cx_Error(Addr);  
    % g4 J4 E' b' a0 B3 i& U1 k
44.   }  
    
45. }  
    + c! _6 `9 V3 v7 F4 u
46. void AUDIO_IO_Write(uint8_t Addr, uint8_t Reg, uint8_t Value)  
    
47. {  
    " `4 d3 A0 ^7 Q3 U' I: O/ U' O* H
48.   I2Cx_Write(Addr, Reg, Value);  
    
49. }  
    ! x  d; u, m3 n( K
50.   
    
51. /**
    8 f7 C& N5 F2 T9 z6 x6 b5 c
52.   * @brief  Reads a single data.
    * x& E" H+ {8 r! N$ j
53.   * @param  Addr: I2C address
    
54.   * @param  Reg: Reg address
    ( g0 k0 B# x- m0 u
55.   * @retval Data to be read
    
56.   */  
    : V! f- H: ~  D, V9 b) q4 H
57. static uint8_t I2Cx_Read(uint8_t Addr, uint8_t Reg)  
    
58. {  
    
59.   HAL_StatusTypeDef status = HAL_OK;  
    
60.   uint8_t Value = 0;  
    
61.   
    
62.   status = HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, Addr, Reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &Value, 1, I2C_TIMEOUT);  
    2 E& w8 \2 z6 j+ {" F9 J
63.   
    & n& }/ A5 D" Y
64.   /* Check the communication status */  
    9 C/ ^8 C5 ?# J
65.   if(status != HAL_OK)  
    
66.   {  
    0 `, M! a+ V! A  g, T
67.     /* Execute user timeout callback */  
    1 c7 l" c0 b% Q* n/ \* P
68.     I2Cx_Error(Addr);  
    
69.   }  
    4 U( `, y* F0 I6 w$ B& ~( ~: D
70.   
    6 ?+ P4 c& X2 ]2 s" a
71.   return Value;  
    
72. }  
    ' B& l4 y+ O3 M' K  ?* W7 h
73. uint8_t AUDIO_IO_Read(uint8_t Addr, uint8_t Reg)  
    ( z; O6 R. h! ?) l, M
74. {  
    1 ]: J8 J  I/ x+ z2 r/ Z) N* z
75.   return I2Cx_Read(Addr, Reg);  
    - N. ]  g3 C7 C  @, O# a
76. }  

复制代码

由于在main函数中已经对I2C初始化过了，因此，在AUDIO_IO_Init函数中不需要再次初始化。
9 [  @/ E2 E& @, n- ]; }! z
$ s2 m7 S* k. n, Y3 [2 H, @3 w3 e就这样，就完成了Codec驱动与与HAL的对接。
5 e. E. x/ l) s* ?5 T9 Q: C* F
! S9 i" r9 [8 o7 n( J. v5 {, Y& Q3.3.2.2 usb audiointerface与codec的对接
我们打开usb audio interface源码文件usbd_audio.if.c文件，此文件由CubeMx自动生成，已经自动给出了一些关于usb audio class的函数，且这些函数体内容都是空白的，毫无疑问，接下来的工作，我们就是要完成这个空白的内容，就好比做填空题一样，当然，在做这些”填空题”的过程中，我们将使用到Codec驱动提供的接口，这一过程，就是usb audiointerface与codec的对接过程。

按照这一清晰思路，我们首先找到usbd_audio_if.c的一个接口：

1. [cpp] view plain copy
   2 T+ A% `) w* O. @6 D8 K
2. static int8_t AUDIO_Init_FS(uint32_t  AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options)  
   
3. {   
   : A, y  a2 d- e4 l- ?
4.   /* USER CODE BEGIN 0 */  
   
5.   return (USBD_OK);  
   3 C: I' x3 }' R) @' f% Q. `
6.   /* USER CODE END 0 */  
   
7. }  

复制代码

这是个空白函数，它是在USB枚举结束并收到set_configuration消息时会被调用到，我们利用他来实现对codec的初始化。在bsp_audio.c文件中，我们添加一个函数，如下：
8 r& y" J  z0 I7 H% Y

1. [cpp] view plain copy
   ' _$ E- S/ `# N) v/ b
2. static void I2Sx_Init(uint32_t AudioFreq)  
   ) }) V1 x  J4 e$ q" S+ L" g" M0 D# A
3. {  
   
4.   /* Initialize the haudio_i2s Instance parameter */  
   
5.   hi2s3.Instance = SPI3;  
   % z# c. u' Q" l! }3 S, a
6.   
   6 m  n; u$ V" F2 v- D9 J: N0 h2 ^5 i
7. /* Disable I2S block */  
   
8.   __HAL_I2S_DISABLE(&hi2s3);  
   % F8 \) V+ g# b- P% ~  D  _! Y
9.   
   
10.   hi2s3.Init.Mode = I2S_MODE_MASTER_TX;  
    - x% l0 Q: J# @
11.   hi2s3.Init.Standard = I2S_STANDARD;  
    
12.   hi2s3.Init.DataFormat = I2S_DATAFORMAT_16B;  
    
13.   hi2s3.Init.AudioFreq = AudioFreq;  
    
14.   hi2s3.Init.CPOL = I2S_CPOL_LOW;  
    
15.   hi2s3.Init.MCLKOutput = I2S_MCLKOUTPUT_ENABLE;  
    / l/ [8 g' R0 ~
16.   
    & C. P( b  O( @; m. ]+ N
17.   if(HAL_I2S_GetState(&hi2s3) == HAL_I2S_STATE_RESET)  
    
18.   {  
    
19.     HAL_I2S_MspInit(&hi2s3);  
    2 G! x& [5 j; r: W6 D# Z
20.   }  
    ) f" Z0 V4 R; C& S1 E4 e- W
21.   /* Init the I2S */  
    
22.   HAL_I2S_Init(&hi2s3);  
    
23. }  
    
24. const uint32_t I2SFreq[8] = {8000, 11025, 16000, 22050, 32000, 44100, 48000, 96000};  
    9 v5 n* `) R8 _" Y5 T& X+ C- h2 ]" f
25. const uint32_t I2SPLLN[8] = {256, 429, 213, 429, 426, 271, 258, 344};  
    
26. const uint32_t I2SPLLR[8] = {5, 4, 4, 4, 4, 6, 3, 1};  
    
27. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Init(uint16_t OutputDevice, uint8_t Volume, uint32_t AudioFreq)  
    
28. {  
    
29.     uint32_t deviceid = 0x00;  
    
30.     uint8_t ret = AUDIO_ERROR;  
    ' \, P- \6 q" u; e- a
31.     uint8_t index = 0, freqindex = 0xFF;  
    
32.     RCC_PeriphCLKInitTypeDef RCC_ExCLKInitStruct;  
    
33.   
    
34.     //get the according P,N value and set into config,this is for audio clock provide  
    6 p) M" O6 o3 a0 C  j
35.     for(index = 0; index < 8; index++)  
    
36.     {  
    
37.         if(I2SFreq[index] == AudioFreq)  
    
38.         {  
    
39.             freqindex = index;  
    $ |2 B  q* S* F9 d/ o% m
40.         }  
    
41.     }  
    4 @( s% s3 m& v( |4 A
42.     HAL_RCCEx_GetPeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
    / X6 M" R  x8 r' D) m# I
43.     if(freqindex != 0xFF)  
    ! j0 v1 @' ]2 W$ i! ]
44.     {  
    
45.         RCC_ExCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2S;  
      M; w1 Y& @; Y$ N
46.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SN = I2SPLLN[freqindex];  
    
47.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SR = I2SPLLR[freqindex];  
    - M* H6 p/ z1 [9 L3 E
48.             HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
    ' a+ Z: e1 K5 k6 Y
49.     }  
    5 _' v0 ?- a5 G  T3 F) ^
50.     else  
    , g3 A1 d* l4 S
51.     {  
    3 I8 r7 A9 H  D) W8 ^
52.         RCC_ExCLKInitStruct.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_I2S;  
    ! Q/ Y3 }+ ^- D: m8 x( V, w
53.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SN = 258;  
    # A* D4 e$ E6 c/ a
54.             RCC_ExCLKInitStruct.PLLI2S.PLLI2SR = 3;  
    , J. Y  Z& ~! q, m. C; C
55.             HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&RCC_ExCLKInitStruct);  
    
56.     }  
    ! z: H% @- @) N0 X) W  I0 N0 w
57.   
    0 d3 `% E$ x% h0 Q6 R0 w5 O
58.     //reset the Codec register  
    ' N* n  c- L2 t6 o
59.     CODEC_Reset();  
    " j6 Z* ]0 U+ B
60.     deviceid = cs43l22_drv.ReadID(AUDIO_I2C_ADDRESS);  
    ( A! L$ y7 n5 `8 t& A) q2 q
61.     if((deviceid & CS43L22_ID_MASK) == CS43L22_ID)  
    
62.       {  
    / E# i7 V7 @; }# I5 r% p
63.         /* Initialize the audio driver structure */  
    
64.         audio_drv = &cs43l22_drv;  
    
65.         ret = AUDIO_OK;  
    / u, \& ~7 x$ Q* t) @
66.       }  
    
67.       else  
    
68.       {  
    5 Y5 A' a; o; a$ p1 |( z4 ]
69.         ret = AUDIO_ERROR;  
    . e8 b- u9 j0 L7 a
70.       }  
    # ?" ^. Z0 l6 u+ p! |5 ]
71.   
    5 J' }1 B, S' x- t. _- Y& L
72.      if(ret == AUDIO_OK)  
    
73.       {  
    9 e8 M+ H4 W9 ?4 ]) o6 T
74.         audio_drv->Init(AUDIO_I2C_ADDRESS, OutputDevice, Volume, AudioFreq);  
    + q0 W$ u- P3 S: ~) i
75.         /* I2S data transfer preparation:
    ) Y9 X1 f# y- m. q
76.         Prepare the Media to be used for the audio transfer from memory to I2S peripheral */  
    " O* T/ P' g& t: `9 v* ~* T2 P
77.         /* Configure the I2S peripheral */  
    5 f: p0 A' M+ A9 [6 |
78.         I2Sx_Init(AudioFreq);  
    # ]. q& ^) ~$ j! K0 E  ]5 B4 D
79.       }  
    , P: z: J1 M& {4 E  l/ ~
80.     return AUDIO_OK;  
    ( s- {1 F0 t6 H+ m( v& E7 m! v
81. }  

复制代码

在BSP_AUDIO_OUT_Init()这个函数内，根据所传入的采样率，程序在预定义的数组内选择出MCU内部时钟树对I2S时钟的一个合理的分频值，并设置进时钟树配置内，然后再对codec进行初始化，最后对I2S外设初始化。

这个选择I2S时钟合理分频值的过程是根据STM32F407的参考手册中的建议来做的，如下参考手册中的28.4.4中表126：

2 \  p, }9 a1 x4 Q
; s) @& v( q1 n  @- p; ^! X/ ^. ^8 T在48K采样率下，假设时钟树下的PLLM VCO=1MHz情况下，且MCK使能，为了尽可能输出靠近期望的时钟，此时应该将时钟树内的PLL2SN设为258，且PLL2SR设为3，I2S内部的预分频因子I2SDIV设为3，以及零散因子I2SODD设为1。这个计算公式为:
/ C2 {: s' v3 J% W) M. Z% |
也就是(1M*258/3)/[(16*2)*((2*3)+1)]=47991.07142857143,差不多48K。
& O4 G; e, s$ Z- U0 |
PLL2SN，与PLL2SR的设置在上述代码中都有所体现，但是，预分频因子I2SDIV和零散因子I2SODD又是在哪里设置的呢？答案是在代码调用HAL_I2S_Init()时，在这个HAL接口内部会根据I2S的Audio Frequency(CubeMx中的I2S的Configuration中配置的参数)，以及I2S的输入时钟频率和MCK是否使能这些前提条件来自动计算出预分频因子I2SDIV和零散因子I2SODD的值，以此来尽可能匹配输出想要的位时钟，也对应着采样率48K。
( f5 G0 j9 w9 t' }/ A
$ Z9 F0 f$ A! w: D搞懂了这些之后，我们马上将其代码进行对接：
6 `" z1 S; o5 r8 U: I6 H. g; b

1. [cpp] view plain copy
   
2. static int8_t AUDIO_Init_FS(uint32_t  AudioFreq, uint32_t Volume, uint32_t options)  
   : ^( i8 s- Q4 j) [# V) h" K
3. {   
   ) B8 Z/ t$ @7 y* }$ L
4.   /* USER CODE BEGIN 0 */  
   
5.   BSP_AUDIO_OUT_Init(OUTPUT_DEVICE_AUTO, Volume, AudioFreq);  
   
6.   return (USBD_OK);  
   
7.   /* USER CODE END 0 */  
   
8. }  

复制代码

接下来下一个需要对接的接口：
8 U. `6 y9 J6 v

1. [cpp] view plain copy
   
2. static int8_t AUDIO_DeInit_FS(uint32_t options)  
   . i: ?! X4 h# P( V4 t4 Q
3. {  
   , W" }. `7 m1 N* z
4.   /* USER CODE BEGIN 1 */   
   
5.   BSP_AUDIO_OUT_Stop(CODEC_PDWN_SW);  
   
6.   return (USBD_OK);  
   ) Y$ X: C, m8 g% n, ]( f" g6 V
7.   /* USER CODE END 1 */  
   % X* X, x. g  U7 E1 k
8. }  
   " {( J- V' M, Z
9. 很明显，这个个反初始化的接口，它的具体实现如下：
     a* ]+ g5 b0 Y# s4 G* [4 a( e5 V
10. 
    
11. [cpp] view plain copy
    ' o  x7 J" A6 V) v+ y
12. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Stop(uint32_t Option)  
    6 E& k) W3 n& t3 U. a- ]
13. {  
    
14.   /* Call the Media layer stop function */  
    
15.   HAL_I2S_DMAStop(&hi2s3);  
    
16.   
    9 Q/ L: P% x# l
17.   /* Call Audio Codec Stop function */  
    
18.   if(audio_drv->Stop(AUDIO_I2C_ADDRESS, Option) != 0)  
    
19.   {  
    1 [6 @# x# E8 K) _  B
20.     return AUDIO_ERROR;  
    
21.   }  
    
22.   else  
    
23.   {  
    1 y& N# Z9 `( v6 U2 b
24.     if(Option == CODEC_PDWN_HW)  
    ) s) Q% a) p8 v3 Q6 a5 i
25.     {  
    & N- ^- V2 r0 b( O
26.       /* Wait at least 1ms */  
    ' _5 ~  j7 q0 p6 X/ F: E& x
27.       HAL_Delay(1);  
    # ~; L. `9 {9 I+ a  t3 C
28.   
    0 J* b/ Y; x, X$ n
29.       /* Reset the pin */  
    
30.       //BSP_IO_WritePin(AUDIO_RESET_PIN, RESET);  
    
31.       HAL_GPIO_WritePin(AUDIO_RESET_GPIO_Port, AUDIO_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET);  
    
32.     }  
    
33.   
    2 w1 w* c3 N) p# k/ L0 h
34.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
    
35.     return AUDIO_OK;  
    
36.   }  
    
37. }  

复制代码

先关闭I2S的DMA，在调用Codec的停止接口。
- }  E) U0 o( _# eOK，下一个：
. i9 x6 X2 u. x/ l! S

1. [cpp] view plain copy
   
2. static int8_t AUDIO_AudioCmd_FS (uint8_t* pbuf, uint32_t size, uint8_t cmd)  
   ! _7 i  u0 j' y7 _; W! M- ?# a
3. {  
   . ?( ^/ R! j4 m8 U! L& o/ k
4.   /* USER CODE BEGIN 2 */  
   # R& z" _0 ]8 Y( T: R5 X% d! s$ k2 v
5.   switch(cmd)  
   
6.   {  
   
7.     case AUDIO_CMD_START:  
   
8.         BSP_AUDIO_OUT_Play((uint16_t *)pbuf, size);  
   3 Y1 y( }+ h  V
9.     break;  
   1 O" r6 r4 s3 I4 c1 _
10.   
    
11.     case AUDIO_CMD_PLAY:  
    
12.         BSP_AUDIO_OUT_ChangeBuffer((uint16_t *)pbuf, size);  
    
13.     break;  
    # R1 S% l, ?/ q2 |- w5 I
14.   }  
    
15.   return (USBD_OK);  
    
16.   /* USER CODE END 2 */  
    5 V+ j7 q, v' i8 K) z- t$ ~0 H
17.    
    
18. }  

复制代码

第一次USB audio stack接收到USB OUT数据时会回调这个接口并传入AUDIO_CMD_START参数，这里的处理代码是：

1. [cpp] view plain copy
   
2. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_Play(uint16_t* pBuffer, uint32_t Size)  
   0 v5 u; v. c4 T5 {  q7 u
3. {  
   # n% k+ ^: ]" Y5 {3 b
4.   /* Call the audio Codec Play function */  
   
5.   if(audio_drv->Play(AUDIO_I2C_ADDRESS, pBuffer, Size) != 0)  
   # _* e6 r+ |1 [& E6 k& ]
6.   {  
   
7.     return AUDIO_ERROR;  
   % b3 I) {' b4 r
8.   }  
   
9.   else  
   6 o4 d3 L+ M' F7 v! z3 l
10.   {  
    * o# j: D( @! v, O
11.     /* Update the Media layer and enable it for play */  
    8 T4 {9 N2 Y( B( c6 T
12.     HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s3, pBuffer, DMA_MAX(Size/AUDIODATA_SIZE));  
    
13.     return AUDIO_OK;  
    
14.   }  
    5 P+ A7 A1 }+ v4 x% A1 }7 i
15. }  

复制代码

很明显，它是调用Codec驱动处理数据，也就是通过I2S的DMA方式发送给Codec。
7 x& H  m4 z- H" w% k
然后I2S的DMA会产生传输完成中断和半传输完成中断，在这两个中断处理上，会回调到AUDIO_AudioCmd_FS()接口，并且此时传入的参数变为AUDIO_CMD_PLAY,此时，音频数据的处理函数为:
2 }8 x1 n* O$ w4 Z+ \9 w4 g

1. [cpp] view plain copy
   
2. void BSP_AUDIO_OUT_ChangeBuffer(uint16_t *pData, uint16_t Size)  
   
3. {  
   9 @3 n7 ]1 g" D  |* R
4.   HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s3, pData, Size);  
     y7 c2 y, A* |7 M0 o! N, k+ \
5. }  

复制代码

也是通过I2S的DMA将数据传输给外部Codec。
4 @+ \/ `# r0 m' u8 N
上述过程涉及到另外两个usbd_audio_if接口函数，即I2S的DMA半传输完成和传输完成中断回调,如下所示:

1. [cpp] view plain copy
   
2. void TransferComplete_CallBack_FS(void)  
   
3. {  
   ) n: a+ t1 a8 j! U, F  q
4.   /* USER CODE BEGIN 7 */   
   
5.   USBD_AUDIO_Sync(&hUsbDeviceFS, AUDIO_OFFSET_FULL);  
   
6.   /* USER CODE END 7 */  
   
7. }  
     \/ G  Q3 {& \% v: r; O, `
8. void HalfTransfer_CallBack_FS(void)  
   + ^% O/ [5 T* I
9. {   
   9 u- F  ?1 B8 v/ H) x- e! i$ p
10.   /* USER CODE BEGIN 8 */   
    6 A8 Q, |9 }; y: u, }' I) O( x
11.   USBD_AUDIO_Sync(&hUsbDeviceFS, AUDIO_OFFSET_HALF);  
    + s* O' o$ g7 d
12.   /* USER CODE END 8 */  
    ! l* ]/ V. |3 C) w+ W: I, ~) e7 |
13. }  

复制代码

此代码为CubeMx自动生成，且在自动生成的代码中就已经调用了usb audio class函数USBD_AUDIO_Sync()，在这里，对于这个，我们是不需要添加任何额外代码的。之前我们说过，在USBD_AUDIO_Sync()函数内部，会实现对AUDIO_AudioCmd_FS()的回调，目的是，需要及时将数据缓冲中另一半准备好的数据也通过I2S的DMA传输给外部Codec，这个不间断的传输，才能实现音频播放的连贯性。
6 v( m( x0 d6 h0 n1 @
) l. B7 H) q+ A5 T; T8 H7 [此外，在USB设备端，后续接收到的音频数据会紧接着之前的数据进行存放，这里实现了一个数据环形缓冲区，来实现了USB接收端与I2S输出端数据有效的缓存。
% L8 `1 S" y4 N3 ~0 w6 b% Q
接下来看下一个usbd_audio_if接口函数对接：

1. [cpp] view plain copy
   
2. static int8_t AUDIO_VolumeCtl_FS (uint8_t vol)  
   
3. {  
   * u$ e8 C9 Y) }
4.   /* USER CODE BEGIN 3 */   
   
5.   BSP_AUDIO_OUT_SetVolume(vol);  
   . o1 w1 ]8 E7 d
6.   return (USBD_OK);  
   0 G8 Q& d$ n' s: ?8 \1 f5 A+ R( U
7.   /* USER CODE END 3 */  
   
8. }  

复制代码

很明显，这个是音量控制接口，也对接下:
8 A  R9 y! K. W' Y8 [$ F5 g

1. [cpp] view plain copy
   4 f6 A/ E% ?# g+ [& {& r
2. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_SetVolume(uint8_t Volume)  
   
3. {  
   
4.   /* Call the codec volume control function with converted volume value */  
     y; D2 e, j8 H8 s( R. L- N+ u
5.   if(audio_drv->SetVolume(AUDIO_I2C_ADDRESS, Volume) != 0)  
   
6.   {  
   
7.     return AUDIO_ERROR;  
   
8.   }  
   7 T2 Z0 a8 a' \! c
9.   else  
   2 Q8 h) N% L; ^6 a' r
10.   {  
    $ u1 x0 k# J/ [
11.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
    
12.     return AUDIO_OK;  
    
13.   }  
    
14. }  

复制代码

直接调用Codec启动的相应接口。需要注意地是，实际上，在PC端进行音量的调节，并不会向USB端发送相应的音量调节指令，这里只是象征性的对接下，实际上在USB AUDIO中代码并不会允许到这里，音量的放大和变小直接体现在音频数据本身内。
+ E" q3 `: C" U
下一个:

1. [cpp] view plain copy
   5 T8 @- f9 n9 K
2. static int8_t AUDIO_MuteCtl_FS (uint8_t cmd)  
   
3. {  
   
4.   /* USER CODE BEGIN 4 */   
   
5.   BSP_AUDIO_OUT_SetMute(cmd);  
   
6.   return (USBD_OK);  
   7 p) B; B3 ?6 ?5 f: s: s
7.   /* USER CODE END 4 */  
   
8. }  

复制代码

静音控制，其实现为：

1. [cpp] view plain copy
   ! v+ w7 Y7 f) l3 ]5 p, N
2. uint8_t BSP_AUDIO_OUT_SetMute(uint32_t Cmd)  
   
3. {  
   % r: t0 I! \% b% P3 `8 u: ?
4.   /* Call the Codec Mute function */  
   . q3 _; [5 v2 d0 p# W0 J! F
5.   if(audio_drv->SetMute(AUDIO_I2C_ADDRESS, Cmd) != 0)  
   
6.   {  
   
7.     return AUDIO_ERROR;  
     t" \# ~' W6 T/ F. O, v) G
8.   }  
   
9.   else  
   
10.   {  
    
11.     /* Return AUDIO_OK when all operations are correctly done */  
    0 g4 @4 g6 ~  @* O' I! }1 F! s+ _! W& ^
12.     return AUDIO_OK;  
    
13.   }  
    # {7 i% d( _! R; [
14. }  
    . w+ W' M" p5 Q* C  V

复制代码

很简单，直接调用codec驱动的静音接口。静音接口与音量控制不同，在PC端进行静音操作会发送相应的mute指令，进而运行到这里。
% Q/ t" D+ o( K4 |  b6 F5 v
" G! W; A6 y9 H1 n  }/ ROK，就这样，usbd_audio_if模块的接口基本上对接到这样就可以了。

4    测试验证
) J% {5 Y8 O4 k3 k将代码编译后烧录进STM32F4DISCVOERY板进行验证。
7 M; u, Q( E/ {& h; Y
最终验证是OK的，可以从耳机上听到PC端播放的音乐。
1 i, q; C# \3 q
3 v: e" c3 t( Y; Q5    结束语
在CubeMx上对中间件USB配置时，将USB audio class的音频采样率设置为48K,那个这个参数会再USB枚举期间会传递给windows的audio驱动，在枚举通过后，后续通过USB传输的音频数据都将是固定以48K采样率来的，也就是192bytes/ms，也就是说，不管PC端播放什么音乐，windows的audio驱动都会固定以48K采样率向USB端口进行传输。这种特性是由windows的audio驱动决定的。
) p; o/ j" |) ~  X% r9 A
5 L  d, ^, P# k6 fI2S外设向codec传输的时钟是可以改变的，在本应用中是用不着改变，这个是因为USB端固定以48K采样率接收数据，那么I2S也可以固定以48K采样率所对应的速度向Codec传输速度，这个特点，正式因为USB audio的固定传输特性所决定的。若换成播放本地U盘音频文件或连接iPhone并播放iPhone的音乐时，则I2S外设的时钟是根据每次播放的具体音乐所对应的采样率来配置I2S的时钟的，这种机制稍微有所不同，这里只需注意下，理解了就可以了。

# O2 d* P/ a. d" ]3 X在本例中，从I2S传输数据的速率是48K的采样率，但实际精度却是47991.07142857143。这个与标准的48K还是有所偏差的，实际上，无论USB端和I2S端的传输速度在理论上有多匹配，在实际上，多少都会存在些偏差，这也就意味着，在USB与I2S这两个”入口”与”出口”之间的缓存，在随着时间流逝，如不进行任何处理，这个缓存理论上一定会爆掉或掏空。那么这里就需要针对这个缓存这种现象的一种处理，或者叫做算法，算法的好坏在一定程度上决定了音质的好坏。而本例中，我们使用的是CubeMx生成的默认的最简单的算法，我们不做深入讨论，只是让大家有这么一个概念即可。
8 V, x1 K$ W0 F" P# C: P

" g8 h) N; \. h. d1 b- v7 J5 v! T
9 |# {( k" l% d* p) y) o; D
+ }( b, K( ~( {. t8 p, x5 q

楼主问下，你这个会有杂音吗？我这边测试了下，会有杂音的，如果根据接受AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE大小去传输，usb中断影响HAL_I2S_Transmit_DMA(&hi2s1, (uint16_t *)pbuf, (size))传输结果，显示为hal_busy,忙等待，传输数据这块你有做特殊处理吗？
static uint8_t  USBD_AUDIO_DataOut (USBD_HandleTypeDef *pdev,
                              uint8_t epnum)
{
- u) Y2 }6 `; E, _4 l6 a  USBD_AUDIO_HandleTypeDef   *haudio;
* c; b8 z  m0 Q! o; ^- t4 B. r  haudio = (USBD_AUDIO_HandleTypeDef*) pdev->pClassData;
% a& ~; d- R9 `: ^
  if (epnum == AUDIO_OUT_EP)
; v' q+ j5 [: ?% W  {
9 K+ [' v1 j4 T6 F& h- \. a    /* Increment the Buffer pointer or roll it back when all buffers are full */
, s  f2 m& P; `& i1 {/ E1 P! Z
% ^7 N0 `- L  K& J% E( V    haudio->wr_ptr += AUDIO_OUT_PACKET;

8 @8 \: ]# m+ I9 F    if (haudio->wr_ptr == AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE)
0 ]4 K0 g7 b6 t& _" X1 @4 n* }    {
$ z# Z0 o7 ?, _$ H$ c* H      /* All buffers are full: roll back */
      haudio->wr_ptr = 0U;
    ((USBD_AUDIO_ItfTypeDef *)pdev->pUserData)->AudioCmd(&haudio->buffer[0],
) `0 Y5 n( T2 r7 m* W& r  b                                                 AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE / 2U,
                                                 AUDIO_CMD_PLAY);
#if 0
      if(haudio->offset == AUDIO_OFFSET_UNKNOWN)
% U7 x/ I1 K! i# y# D      {
        ((USBD_AUDIO_ItfTypeDef *)pdev->pUserData)->AudioCmd(&haudio->buffer[0],
                                                             AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE / 2U,
7 F/ n6 }  f- v* t! o$ ]& J0 I+ R                                                             AUDIO_CMD_START);
0 U' p) _3 ]. {. U          haudio->offset = AUDIO_OFFSET_NONE;
# L7 X- u6 i8 t5 o; m/ o9 {# s8 p5 ]1 ]      }
#endif
    }

    if(haudio->rd_enable == 0U)
    {
      if (haudio->wr_ptr == (AUDIO_TOTAL_BUF_SIZE / 2U))
- V$ h; B7 k) C" l7 v9 m4 }- E      {
& p- e, [2 G" }! J* x' c1 G        haudio->rd_enable = 1U;
      }
& J: x5 \3 ?3 F4 I    }
+ x; B# a) ], K/ t
    /* Prepare Out endpoint to receive next audio packet */
    USBD_LL_PrepareReceive(pdev, AUDIO_OUT_EP, &haudio->buffer[haudio->wr_ptr],
                           AUDIO_OUT_PACKET);
  }

楼主还在吗？
7 e/ Q8 j. w8 }% }& o6 E我参考了您的这篇文章，在 STM32F413 discovery 板子上试验 USB Audio，
我先用 STM32CubeMX 5.2.1 生成代码框架，然后再把 STM32CubeF4 V1.24.1 里面的 stm32f413h_discovery.c, stm32f413h_discovery_audio.c, wm8994.c 这几个源文件添加到工程里，用的 toolchain 是 IAR 8.30。
现在的问题是，如果在 usbd_audio_if.c 里面函数 AUDIO_Init_FS 里面什么都不调那么能成功地枚举出 "STM32 Audio Class" 设备，
+ W: N# }: s: ~但是只要 AUDIO_Init_FS 里面调了 BSP_AUDIO_OUT_Init 就会枚举失败，显示“未知 USB 设备”，跟踪 BSP_AUDIO_OUT_Init 的执行过程没发现问题，
而且这个函数返回值也是OK，但是紧接着 AUDIO_DeInit_FS 就被调了，也跟踪了 USB 中断和 DMA 中断都有，查了好几天查不出原因，时钟配置好像也没问题，楼主您能指点一下吗？多谢！

梦中的飞鸿 发表于 2019-9-11 09:20
3 _/ ]9 ~8 x+ @3 F; ?这个问题您解决了吗，我这也遇到了这个问题，有个小感叹号，然后提示
3 u% `" }$ Q2 ~  s+ l" R4 A
该设备无法启动。 (代码 10)

- k- C9 j( I  y: m, q5 y/ o9 G出现这种情况要保证描述符是不是正确的，如果描述符正确在看看内存是否溢出，如果都正确，那就要一步步找问题了，就是把个单片机外设相关的代码想注释掉，基本上就找到原因了。

非常好的帖子，谢谢分享！！！

anny 发表于 2018-5-23 14:45
# S+ i# c! \1 K8 `* z' i- O! n非常好的帖子，谢谢分享！！！

1 f+ m1 c' i+ g- R" y+ z# l希望能有帮助

anny 发表于 2018-5-23 14:45
5 K4 ]" T4 u5 M* O非常好的帖子，谢谢分享！！！

希望能有帮助

非常好的帖子，楼主可以发一份工程的代码吗？非常感谢，18056453597@qq.com

666，好贴，顶起来~

收藏

非常好的帖子，谢谢分享！！！

好贴！

楼主，我想问下，stm32 Audio Class的PC端不需要驱动吗？我的提示能够正确识别设备，但是安装驱动失败！
7 y/ w' G2 O& U/ g

delei 发表于 2019-8-12 11:18
, m# N4 x5 d5 U: ?, x楼主，我想问下，stm32 Audio Class的PC端不需要驱动吗？我的提示能够正确识别设备，但是安装驱动失败！
- N: J$ ~- ?% Y9 E8 U6 ?
6 Q& S+ X% n9 H5 J" g ...

这个问题您解决了吗，我这也遇到了这个问题，有个小感叹号，然后提示

该设备无法启动。 (代码 10)
' ~9 f. u% b, {" K2 k$ l- n3 t5 g1 T
2 Z. |0 X' R* F( o- P. L0 cI/O 请求已取消。
, Q' l" j0 A5 `; A" q

梦中的飞鸿 发表于 2019-9-11 09:20
' N- K3 i, Q9 i4 H" s这个问题您解决了吗，我这也遇到了这个问题，有个小感叹号，然后提示
& l# t. F( G) @- C5 l& l& Z
该设备无法启动。 (代码 10)

经测，不要用最新的库版本，用1.21.0的测试直接生成，正常识别！